信號處理類課程交互式和探討式教學(xué)研究與實(shí)踐

賀州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院 張紅燕 李生華 陳家勇

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信號處理類課程交互式和探討式教學(xué)研究與實(shí)踐

賀州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院 張紅燕 李生華 陳家勇

【摘要】信號處理類課程具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，長期以來學(xué)生感覺該課程難學(xué)難用，其主要原因是沒有講理論性和實(shí)踐性相結(jié)合。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于MATLB的信號處理類課程的仿真實(shí)驗(yàn)平臺，在專業(yè)課的教學(xué)中，將專業(yè)課的知識與相應(yīng)專業(yè)應(yīng)用軟件相結(jié)合，理論聯(lián)系實(shí)際，重視學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。該實(shí)驗(yàn)平臺方便學(xué)生在個(gè)人計(jì)算機(jī)上使用，我們還鼓勵學(xué)生還可以根據(jù)自己的愛好和能力進(jìn)行修改。學(xué)生使用該仿真實(shí)驗(yàn)平臺能夠促進(jìn)學(xué)生在知識、能力和素質(zhì)上的協(xié)調(diào)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】信號與系統(tǒng)；仿真實(shí)驗(yàn)；MATLAB

1　引言

電子信息工程和通信工程專業(yè)基礎(chǔ)課信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理專業(yè)課程一直采用黑板式或者多媒體的教學(xué)方式，學(xué)生僅依靠做習(xí)題來鞏固和理解教學(xué)內(nèi)容，對課程中大量的應(yīng)用性較強(qiáng)的內(nèi)容不能實(shí)際動手設(shè)計(jì)、調(diào)試、分析，嚴(yán)重影響和制約了教學(xué)效果。專業(yè)課程中，學(xué)生自己設(shè)計(jì)的系統(tǒng)也不能直觀地得到系統(tǒng)特性的可視化測試結(jié)果，學(xué)生將大量的精力和時(shí)間用于繁雜的手工數(shù)學(xué)運(yùn)算，而未真正理解所得結(jié)果的實(shí)際應(yīng)用。因此，專業(yè)課程迫切需要進(jìn)行教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革。也有很多同行對信號處理類課程進(jìn)行了積極的教學(xué)改革[1][2]，也有同行教師建立了一些實(shí)驗(yàn)平臺[3]，這些都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)的。

2　信號處理類課程改革的意義

在專業(yè)課的教學(xué)中，將專業(yè)課的知識與相應(yīng)專業(yè)應(yīng)用軟件相結(jié)合，理論聯(lián)系實(shí)際，重視學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。將專業(yè)知識與相應(yīng)軟件分開教學(xué)的做法是片面的，不切實(shí)際的。突出仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課堂教學(xué)的結(jié)合，在保證傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用Matlab仿真軟件，實(shí)現(xiàn)理論授課與仿真實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合；通過Matlab提供大量的虛擬實(shí)驗(yàn)演示實(shí)例,學(xué)生從中學(xué)習(xí)到信號與系統(tǒng)的一些基本原理與實(shí)際應(yīng)用；同時(shí)也留下了動手實(shí)踐的空間，通過改變信號、模塊、仿真子系統(tǒng)等的參數(shù),觀察信號與系統(tǒng)的相應(yīng)變化，加深對“信號與系統(tǒng)”原理的理解；在課程實(shí)踐教學(xué)中，借助Matlab軟件可以計(jì)算出任何復(fù)雜信號的頻譜[3]，以及動態(tài)演示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而可以使學(xué)生有更多的時(shí)間利用所學(xué)的基本原理和基本方法去學(xué)習(xí)新知識，去解決實(shí)際問題,并可對實(shí)驗(yàn)的深度和廣度進(jìn)行拓展，從而更生動、更直接地學(xué)習(xí)課程內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)能力。

本文探索以信號處理類課程進(jìn)行課程體系改革，形成較為鮮明的教改特色和課程優(yōu)勢，在優(yōu)化教育資源的基礎(chǔ)上 ,完善培養(yǎng)目標(biāo)和人才規(guī)格所要求的學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。以培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才為主線，培養(yǎng)電子信息類專業(yè)信息獲取、傳輸、處理、應(yīng)用等方面具有較強(qiáng)工程實(shí)踐動手能力和綜合應(yīng)用能力的人才，能夠適應(yīng)社會發(fā)展對電子信息類技術(shù)人才的素質(zhì)需要。同時(shí)期待該類課程的教學(xué)改革能起到提高電信類專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的教學(xué)質(zhì)量并輻射其他專業(yè)教改的目的。

3　以信號與系統(tǒng)課程為基礎(chǔ)的Matlab的仿真實(shí)驗(yàn)平臺

我們設(shè)計(jì)了一個(gè)基于MATLAB的信號與系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)平臺，主界面如圖1，對于每個(gè)詳細(xì)的模塊還有更加詳細(xì)的分解，比如圖2是系統(tǒng)的時(shí)域分析的相關(guān)內(nèi)容。學(xué)生可以在自己電腦上運(yùn)行，信號與系統(tǒng)課程具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，長期以來學(xué)生感覺該課程難學(xué)難用，其主要原因是沒有講理論性和實(shí)踐性相結(jié)合。學(xué)生使用該仿真實(shí)驗(yàn)平臺能夠促進(jìn)學(xué)生在知識、能力和素質(zhì)上的協(xié)調(diào)發(fā)展，通過軟件，加深對課本知識的理解，增強(qiáng)了學(xué)生的就業(yè)競爭能力。另外我們還做了以數(shù)字信號處理課程為中心的Matlab仿真實(shí)驗(yàn)平臺，因?yàn)槠P(guān)系就不一一上圖解釋。

圖1　信號與系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)平臺主界面

圖2　系統(tǒng)的時(shí)域分析界面

4　信號處理類課程的探討式教學(xué)研究與實(shí)踐

對信號處理類課程進(jìn)行探討式教學(xué)的目的是：

(1)加深對該類課程中基本原理和方法的理解。

(2)鍛煉學(xué)生綜合利用所學(xué)理論和技術(shù)，分析與解決工程實(shí)際問題的能力。

我們的具體做法是：把跟該類課程緊密相連的實(shí)際問題制作成相關(guān)的題目，每組練習(xí)中至少有三個(gè)題目，這三個(gè)題目難度逐漸增大，讓學(xué)生自由組合分工合作，以團(tuán)隊(duì)的形式來完成，每組3到4人。在每個(gè)題目的后面，給出解答問題的框架型結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生知道該從何入手。比如：求解該問題涉及到的知識點(diǎn)；溫馨提示：求解該問題在Matlab中應(yīng)用什么函數(shù)等；仿真程序；仿真結(jié)果；結(jié)果分析；自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容和參考文獻(xiàn)；以及在解決該問題時(shí)又發(fā)現(xiàn)什么問題；以及后續(xù)的問題探究。

有了這些框架之后，學(xué)生就知道該從何入手，去解決問題，發(fā)現(xiàn)問題，自主學(xué)習(xí)等。通過這種半成品、框架式結(jié)構(gòu)的問題設(shè)計(jì)，使學(xué)生對信號處理類課程知識的了解與掌握不再只是課本知識問題的求解，而是上升到了綜合利用所學(xué)理論和技術(shù)，提高分析與解決工程實(shí)際問題的能力。

5　總結(jié)

我們對于信號處理類課程交互式和探討式教學(xué)研究與實(shí)踐做了一些工作，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于MATLB的信號處理類課程的仿真實(shí)驗(yàn)平臺，在專業(yè)課的教學(xué)中，將專業(yè)課的知識與相應(yīng)專業(yè)應(yīng)用軟件相結(jié)合，理論聯(lián)系實(shí)際，重視學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)；另外，還把信號處理類課程緊密相連的實(shí)際問題制作成相關(guān)的題目，設(shè)計(jì)了求解問題的框架等。通過這些手段確實(shí)能夠在學(xué)生學(xué)習(xí)信號處理類課程中受

益匪淺，提高了學(xué)習(xí)的興趣，鍛煉了分析與解決工程實(shí)際問題的能力。但是隨著新的科學(xué)技術(shù)和科技手段的創(chuàng)新，我們還需進(jìn)一步解放思想，提高接受新事物的能力，并且把這些新的技術(shù)引入到課堂中來，比如現(xiàn)在在全世界都很熱門的電子書，利用蘋果公司提供的iBooks Author軟件，我們也正在著手編寫基于MATLAB的信號處理類電子書，可以在手機(jī)和iPAD上閱讀。

參考文獻(xiàn)

[1]羅忠亮.“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)改革實(shí)踐探索[J].教育評論,2015(02).

[2]張安清,林洪文,陳洪泉.《數(shù)字信號處理》課程教學(xué)改革與方法研究[J].高等教育研究學(xué)報(bào),2013(04).

[3]趙力.語音信號處理嵌入式教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺的研究與開發(fā)[J].信息化研究,2014(01).

張紅燕（1978－），女，山東臨清人，副教授，主要從事電子通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用等。

李生華（1979－），男，廣西人，講師，主要從事電子通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

陳家勇，賀州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院2013級通信工程專業(yè)學(xué)生。

作者簡介：

基金項(xiàng)目：本文系自治區(qū)教育廳教改項(xiàng)目《信號處理類課程交互式和探討式教學(xué)研究與實(shí)踐》（編號：2014JGB237）、賀州學(xué)院教改項(xiàng)目《電子工程類專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)》（編號：hzxyxyq201304）和自治區(qū)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目《基于微信平臺的賀州溫情公益協(xié)會公眾號的設(shè)計(jì)》（編號：201511838072）支持。